富硒大米粉預(yù)糊化及其復(fù)配代餐粉的研制

周葵,洪雁,梁尚云,張雅媛*,游向榮,李明娟,衛(wèi)萍,王穎

1(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所, 廣西 南寧，530007)2(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122) 3(廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧，530007)

稻谷是全球一半以上人口最主要的糧食作物之一，提供熱量占每日攝入總熱量的55%～80%[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織不完全統(tǒng)計(jì)，2018年我國(guó)稻谷種植面積3 046.09 hm2，產(chǎn)量21 407.879 6萬(wàn)t，分別約占全世界總面積、總產(chǎn)量的18%、27%[2]。在我國(guó)，約85%的稻米作為主食食品供人們消費(fèi)，飼料和工業(yè)用米、其他分別約占10%、5%[3]。大米是將稻谷碾去殼、果皮和部分的胚所得成品，約含60%～70%淀粉、8%～10% 優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、0.2%～0.92%脂肪、B族維生素等營(yíng)養(yǎng)成分[4]。近年來(lái)，“科學(xué)補(bǔ)硒”逐漸成為一種健康生活理念，富硒谷粒可作為居民膳食補(bǔ)硒的主要途徑[5]，具有提高人體抗氧化、增強(qiáng)人體免疫力等功效。YUAN等[6]研究顯示,富硒米粉(含硒量70.86 μg/kg)具有顯著的抗糖尿病功效。

大米易受外界溫度、氧氣、水分、蟲(chóng)以及自身脂肪、酶等因素影響，發(fā)生蟲(chóng)霉、品質(zhì)劣變等現(xiàn)象[7]。若將大米干燥、粉碎制備成大米粉，可有效降低水分，延長(zhǎng)貯藏期，同時(shí)也能作為一種預(yù)糊化原料加工制作米發(fā)糕[8]、高蛋白低敏營(yíng)養(yǎng)米粉[9]、米粉蛋糕[10]等。目前，米粉的加工主要是滾筒干燥法[9]、擠壓膨化法[11]、冷凍干燥法[12]、噴霧干燥[13-14]等。潘菁[9]從提高米粉沖調(diào)性角度出發(fā)，對(duì)輥筒干燥、擠壓膨化技術(shù)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化；史曉媛[11]研究了擠壓膨化、超微粉碎對(duì)發(fā)芽糙米理化性質(zhì)的影響，并開(kāi)發(fā)了富含γ-氨基丁酸營(yíng)養(yǎng)米粉產(chǎn)品；趙曉燕等[12]研究了擠壓膨化工藝、酶解冷凍干燥法、酶解噴霧干燥法對(duì)大米蛋白質(zhì)氨基酸的影響。但目前有關(guān)(富硒)大米的相關(guān)研究主要集中于富硒大米的種植[15]、品種及不同粒徑大米粉性質(zhì)比較[16-17]、大米原料中硒含量及其賦存形態(tài)[18]等，少部分涉及加工方面(發(fā)酵、酶解[19]、真空冷凍干燥[20])對(duì)米粉硒含量的影響，有關(guān)不同預(yù)糊化方式對(duì)大米粉中硒含量影響研究較少，并缺乏相關(guān)硒大米代餐粉的開(kāi)發(fā)。

結(jié)合當(dāng)前流行的健康代餐粉產(chǎn)品，本文以富硒大米為實(shí)驗(yàn)原料，對(duì)比分析3種預(yù)糊化工藝(噴霧干燥、冷凍干燥及滾筒干燥)對(duì)大米粉中水分、硒含量、糊化度、白度、溶解度及微觀結(jié)構(gòu)的影響，并選擇合適的預(yù)糊化工藝制備大米粉。從硒含量、營(yíng)養(yǎng)成分、溶解穩(wěn)定性角度，探索以富硒大米粉為主要原料制備代餐粉的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富硒大米，廣西桂玉香農(nóng)業(yè)有限公司。鹽酸、硝酸、NaBH4、NaOH、石油醚(沸程60～90 ℃)、硼酸、硫酸、均為分析純，CuSO4、K2SO4、乙酸鉛、Na2SO4、鐵氰化鉀均為化學(xué)純，國(guó)藥上海試劑公司；耐高溫α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、Taka淀粉酶，SIGMA公司；硒標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L)，萬(wàn)佳首化生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SD-1500 型噴霧干燥機(jī),上海沃迪科技有限公司；滾筒干燥機(jī)、SCIENTZ-10 ND 型冷凍干燥機(jī),寧波新芝生物科技股份有限公司；AFS-930 原子熒光分光光度計(jì),北京吉天儀器有限公司；巨宏鋒高速多功能粉碎機(jī),昆明鐵申商貿(mào)有限公司；UltraScan Pro1166 高精度分光測(cè)色儀,美國(guó)Hunterlab 公司；3K15 型冷凍離心機(jī),SIGMA 公司；UN110 型烘箱,德國(guó)美墨爾特有限公司；AAF1100 馬弗爐,英國(guó)卡博萊特公司；SW22恒溫振蕩水浴鍋,德國(guó) JULABO；RJ-LD-50G 型低速大容量離心機(jī),無(wú)錫市瑞江分析儀器有限公司；可見(jiàn)分光光度計(jì),菲勒儀器有限公司；Agilent 1260 系列高效液相色譜儀,美國(guó)Agilent公司；Quanta-200電子掃描顯微鏡,荷蘭FEI公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 大米預(yù)糊化處理

將富硒大米粉碎、過(guò)150 μm篩，制備成大米粉，密封避光備用。各預(yù)糊化工藝條件如下：(1)噴霧干燥：將大米粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的懸浮液，加熱攪拌糊化30 min后進(jìn)行噴霧干燥。考察進(jìn)風(fēng)溫度120、140、160 ℃對(duì)樣品水分及硒保存率的影響。(2)冷凍干燥：將大米粉配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的懸浮液，攪拌、沸水浴加熱糊化30 min，然后于-80 ℃預(yù)凍，進(jìn)行冷凍干燥，參數(shù)設(shè)置為冷阱溫度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥時(shí)間48 h。(3)滾筒干燥：將大米粉加水調(diào)漿，攪拌均勻向進(jìn)料輥中加料，待滾筒上的米粉分布均勻且呈一定厚度的薄膜狀時(shí)開(kāi)始收集樣品?？疾旒訜嵴羝麥囟?50、160、170 ℃對(duì)樣品水分及硒保存率的影響。以上預(yù)糊化干燥后的樣品均粉碎過(guò)150 μm篩，密封避光保存。

1.3.2 大米代餐粉制備工藝流程

將紅棗、黑芝麻、葛根、山藥、紅豆、薏米和糙米進(jìn)行低溫烘焙后粉碎過(guò)篩。為保證代餐粉的硒含量與口感，預(yù)糊化大米粉的比例控制在50%～60%，占比遞增，但其余輔料之間配比恒定。將所有原輔料按表1配比混合均勻，即得代餐粉。

表1 富硒大米代餐粉配方設(shè)計(jì) 單位：g/100 g

1.3.3 水分含量測(cè)定

采用GB 5009.3—2016中的第一法——直接干燥法進(jìn)行。

1.3.4 糊化度測(cè)定

采用酶水解法進(jìn)行測(cè)定。分別稱取1 g樣品于2個(gè)三角瓶中，另取1個(gè)不加試樣的三角瓶做空白，向盛有樣品的三角瓶中各加50 mL蒸餾水，其中全糊化對(duì)照樣品在沸水浴中煮沸30 min并快速冷卻至室溫。然后向各三角瓶中加入5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%Taka淀粉酶，并于37 ℃水浴中保溫酶解2 h。再向各三角瓶中分別加2 mL 1 mol/L的HCl溶液、2 mL 1 mol/L的NaOH溶液，定容至250 mL后過(guò)濾，取濾液采用DNS法測(cè)定還原糖含量，并以全糊化樣品的還原糖含量(以葡萄糖計(jì))為參照計(jì)算各樣品的糊化度如公式(1)所示:

(1)

式中：ρ,樣品還原糖含量，mg/mL；ρ1,全糊化組還原糖含量，mg/mL；ρ0,空白對(duì)照組還原糖含量，mg/mL。

1.3.5 色度測(cè)定

采用高精度分光測(cè)色儀的反射模式進(jìn)行校正和測(cè)量。將10 g左右樣品裝入透明自封袋中并使其分散均勻，待測(cè)。另取一只不加任何樣品的自封袋作參比進(jìn)行校準(zhǔn)，至少測(cè)定3組平行，取平均值，按照亨特白度計(jì)算樣品白度,如公式(2)所示:

(2)

式中:L*，樣品亮度;a*，樣品紅度;b*，樣品黃度。

1.3.6 預(yù)糊化大米粉的溶解度測(cè)定

精確稱取一定量的樣品于50 mL離心管中，加入25 ℃去離子水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的懸浮液，分別在40、50和60 ℃恒溫水浴振蕩鍋中保溫30 min，于3 000 r/min離心20 min，所得上清液傾入預(yù)先恒重的鋁盒中，105 ℃烘干至恒重，稱重并記錄，按照公式(3)計(jì)算溶解度:

(3)

式中：m溶解,上清液中所溶解樣品的質(zhì)量，g；m干基,樣品的干基質(zhì)量，g。

1.3.7 微觀形態(tài)觀察

采用掃描電子顯微鏡觀察富硒大米粉顆粒的表面微觀形貌，在5.0 kV電壓下分別放大2 400倍對(duì)各樣品進(jìn)行觀察。

1.3.8 硒含量及保存率測(cè)定

按照GB 5009.93—2017中的第一法——?dú)浠镌訜晒夤庾V法測(cè)定，在樣品預(yù)處理過(guò)程中盡量避免硒的揮發(fā)損失，總硒保存率按照公式(4)計(jì)算:

(4)

1.3.9 代餐粉組分測(cè)定

灰分測(cè)定采用GB 5009.4—2016中第一法;脂肪含量測(cè)定采用GB 5009.6—2016中索氏抽提法;蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用GB 5009.5—2016中的凱氏定氮法;膳食纖維測(cè)定采用國(guó)際AOAC 985.29中的酶法;淀粉含量測(cè)定采用GB 5009.9—2016中的酸水解法進(jìn)行水解，并采用DNS法測(cè)定水解后的還原糖含量;氨基酸測(cè)定采用GB 5009.124—2016中HPLC法進(jìn)行測(cè)定，其中色氨酸測(cè)定按照堿水解預(yù)處理操作進(jìn)行。

1.3.10 代餐粉離心沉淀率測(cè)定

稱取5.0 g樣品于燒杯中，加80 ℃的熱水20 g攪拌均勻成樣品糊。稱取10 g樣品糊置入離心管中，于8 000 r/min離心，棄去上清液后倒置5 min，稱取離心管及沉淀的質(zhì)量。按照公式(5)計(jì)算離心沉淀率：

(5)

式中：m2，離心后膠體和離心管的質(zhì)量，g；m1，離心管質(zhì)量，g；m樣品，樣品質(zhì)量，g

1.3.11 代餐粉的感官評(píng)定

預(yù)先稱取一定量的代餐粉，向其中加入80 ℃飲用水調(diào)配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%代餐粉糊，邀請(qǐng)感官評(píng)定員對(duì)各配方的代餐粉進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)定表Table 2 Sensory evaluation criteria

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003、Origin 8.0、SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、制圖。

2 大米粉預(yù)糊化工藝的研究

2.1 不同預(yù)糊化方式的工藝參數(shù)選擇

2.1.1 噴霧干燥工藝參數(shù)對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響

設(shè)定米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，料液流速400 mL/h，出風(fēng)溫度80 ℃，進(jìn)風(fēng)溫度分別為120、140、160 ℃時(shí)，進(jìn)行噴霧干燥試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)圖1。隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高，大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趨勢(shì)。若進(jìn)風(fēng)溫度低，可能由于蒸發(fā)量不足而導(dǎo)致產(chǎn)品水分含量高，不耐貯藏。進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高，硒保留率降低又嚴(yán)重。潘菁[9]研究得出從復(fù)水時(shí)間、復(fù)水率考慮，米粉產(chǎn)品最佳水分含量在3.0%～4.0%，但水分過(guò)高或過(guò)低均會(huì)抑制淀粉分子的交聯(lián)纏繞及結(jié)晶重排[21]。綜合考慮水分含量和硒含量，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度140 ℃為宜，此時(shí)產(chǎn)品干燥完全，水分含量為3.81 g/100 g、硒保留率24.11%。

圖1 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響Fig.1 Effects of inlet temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.1.2 滾筒干燥工藝參數(shù)對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響

固定米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%，上漿溫度為25 ℃，滾筒轉(zhuǎn)速為1.5 r/min，加熱蒸汽溫度分別為150、160、170 ℃時(shí)，進(jìn)行滾筒干燥試驗(yàn)，具體結(jié)果見(jiàn)圖2。隨著加熱蒸汽溫度的升高，富硒大米粉水分含量、硒保留率均呈下降趨勢(shì)。當(dāng)加熱蒸汽溫度為150 ℃時(shí)，產(chǎn)品中水分含量高于6 g/100 g，不耐貯藏；但加熱蒸汽溫度高于160 ℃時(shí)，通過(guò)斜率可看出產(chǎn)品中硒保存率降低速率明顯加快?？赡茉蚴请S著溫度的升高，富硒米粉中甲基硒代蛋氨酸、硒甲基半胱氨酸等有機(jī)硒化合物易揮發(fā)，導(dǎo)致硒含量降低[19]。為了兼顧產(chǎn)品硒含量和水分含量，選擇滾筒干燥的加熱蒸汽溫度為160 ℃。

圖2 加熱蒸汽溫度對(duì)大米粉水分含量及硒保存率的影響Fig.2 Effects of heating steam temperature on water content and selenium retention of rice flour

2.2 不同預(yù)糊化方式對(duì)大米粉理化指標(biāo)的影響

不同干燥方式對(duì)大米粉水分含量、白度、糊化度、溶解性的影響見(jiàn)表3、圖3。3種干燥方式所制備的大米粉水分含量均低于5%，滾筒干燥的白度最低(90.39)，冷凍干燥的大米粉白度(96.44)比較接近原料大米粉(94.89)。白度越高，表明產(chǎn)品顏色越白，可能原因是滾筒干燥溫度最高(160 ℃),物料與高溫接觸時(shí)間也較長(zhǎng)，大米粉發(fā)生一定程度的褐變反應(yīng)，色澤較暗。溶解度、糊化度從低到高的順序均為：原料米粉<滾筒干燥<冷凍干燥<噴霧干燥，噴霧干燥制備的大米粉糊化度最高，大量破壞了淀粉顆粒的完整性，更多的淀粉分子溶出，增加了大米粉與水的結(jié)合位點(diǎn)，從而溶解度增高[22]。一方面可反映出糊化程度越高，大米粉的溶解度越高，表明溶解度可以很好地反映出樣品的糊化程度[23]。另一方面，噴霧干燥和冷凍干燥糊化度分別高達(dá)98.46%、92.23%，可能不利于后續(xù)的二次加工。

表3 不同干燥方式對(duì)大米粉理化指標(biāo)的影響Table 3 Effects of different drying methods on physical-chemical properties of rice flour

圖3 不同干燥方式對(duì)大米粉溶解性的影響Fig.3 Effects of different drying methods on the solubility of rice flour

2.3 不同預(yù)糊化方式對(duì)大米粉硒含量的影響

不同干燥方式對(duì)大米粉硒的影響見(jiàn)表4。滾筒干燥制備大米粉的硒保留率最高，為48.82%，其次為冷凍干燥；噴霧干燥硒的保留率最低，為24.11%?？赡茉蚴窃诿负凸狻岬纫蛩氐淖饔孟?，硒化物之間通過(guò)甲基化途徑、硫代謝途徑相互轉(zhuǎn)化[24-25]，易造成化合物的揮發(fā)損失，而噴霧干燥工藝經(jīng)過(guò)加熱攪拌、140 ℃進(jìn)風(fēng)溫度等多重因素影響導(dǎo)致硒損失最多。依據(jù)糧食加工品種硒含量≥0.15 mg/kg為富硒，0.075～0.14 mg/kg為含硒[26]，冷凍干燥和滾筒干燥所制備的大米粉可以標(biāo)識(shí)為富硒，但噴霧干燥大米粉只能標(biāo)識(shí)為含硒。

表4 不同干燥方式對(duì)大米粉中硒含量的影響Table 4 Effects of different drying methods on selenium content of rice flour

2.4 不同干燥方式對(duì)富硒大米粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)3種干燥方式制備的大米粉及原料樣品進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察，結(jié)果見(jiàn)圖4。未經(jīng)處理的大米粉顆粒由于淀粉和蛋白結(jié)合緊密，斷面呈現(xiàn)不規(guī)則裂痕，且較為粗糙；經(jīng)噴霧干燥后的糊化大米粉呈現(xiàn)中心凹陷的球狀，表面較為光滑，且顆粒內(nèi)部有較多空隙，直徑在6～8 μm。相比于其他干燥方式，噴霧干燥所得顆粒的直徑最小、空隙較多，與水分接觸的通道多，更有利于水分的傳導(dǎo)，溶解性較好[27]。但同時(shí)由于顆粒細(xì)度過(guò)高，導(dǎo)致溶解過(guò)程中易出現(xiàn)結(jié)塊等不利于產(chǎn)品分散均勻的現(xiàn)象。

a-原料；b-糊化后噴霧干燥； c-糊化后冷凍干燥；d-滾筒干燥圖4 不同干燥方式富硒大米粉的掃描電子 顯微鏡圖(×2 400)Fig.4 Scanning electron microscope graph of the rice flour by different drying methods (×2 400)

經(jīng)滾筒干燥后的糊化大米粉呈細(xì)碎的片狀，與滾筒干燥芒果粉結(jié)構(gòu)相似[28]，與滾筒接觸的一面比較光滑，但另一面相對(duì)較不規(guī)則[29]。雖在溶解度上相對(duì)較低，但片狀結(jié)構(gòu)有利于其在沖調(diào)過(guò)程中分散均勻。冷凍干燥則由于內(nèi)部具有較多孔隙而溶解度比滾筒干燥高，但顆粒直徑比噴霧干燥所得米粉大，因此溶解度一般。綜合考慮硒含量及微觀結(jié)構(gòu)，選擇滾筒干燥工藝制備預(yù)糊化富硒大米粉，進(jìn)行后續(xù)代餐粉產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

2.5 富硒大米代餐粉營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

富硒大米粉及復(fù)配代餐粉的營(yíng)養(yǎng)成分、綜合評(píng)分、必需氨基酸占總氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表5、表6所示。大米代餐粉硒含量在98.46～112.14 μg/kg，我國(guó)市面上米的硒含量平均值為0.088 μg/kg[30]，表明大米代餐粉硒含量均達(dá)到平均數(shù)值，屬于含硒代餐粉。由表5、表6可知，多種谷物粉之間的復(fù)配可有效提高蛋白質(zhì)、膳食纖維含量，亮氨酸、賴氨酸占總氨基酸比值，且配方1提高率相對(duì)最優(yōu)。

表5 大米代餐粉營(yíng)養(yǎng)成分表(干基)及綜合評(píng)定分Table 5 Nutrition labeling and sensory score of rice meal replacement powder

表6 大米代餐粉中必需氨基酸占總氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

2.6 不同配方設(shè)計(jì)對(duì)富硒大米代餐粉溶解穩(wěn)定性的影響

如圖5所示，隨著富硒大米粉占比的增加，代餐粉離心沉淀率有所提升，產(chǎn)品穩(wěn)定性有所降低?？赡茉蚴菨L筒干燥處理的富硒大米粉的糊化程度與其他輔料相比較高，且預(yù)糊化過(guò)程中粗纖維、蛋白質(zhì)和淀粉大分子物質(zhì)有一定程度的裂解。從溶解穩(wěn)定性角度考慮，配方1較為合適。

圖5 不同配方代餐粉的離心沉淀率對(duì)比Fig.5 Centrifugal sedimentation rate of with different formula meal replacement powder

3 結(jié)論

采用滾筒干燥、噴霧干燥和冷凍干燥對(duì)富硒大米粉進(jìn)行預(yù)糊化干燥處理，其中，噴霧干燥工藝條件為：進(jìn)風(fēng)溫度140 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃，米漿流速400 mL/h，米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%；冷凍干燥工藝條件為：冷阱溫度-60 ℃，真空度1 Pa，干燥時(shí)間48 h；滾筒干燥工藝條件為：滾筒轉(zhuǎn)速1.5 r/min，加熱蒸汽溫度160 ℃，米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)34%。通過(guò)考察各干燥方式對(duì)富硒大米粉的硒保存率、理化指標(biāo)(水分含量、糊化度、白度和溶解性)及微觀形態(tài)的影響，最終選擇滾筒干燥制備預(yù)糊化富硒大米粉，硒保存率為48.82%，糊化度為61.30%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.75 g/100 g。以滾筒干燥制備的預(yù)糊化富硒大米粉為主要原料，與其他輔料進(jìn)行復(fù)配，考察不同配方代餐粉的營(yíng)養(yǎng)成分、感官評(píng)定分值、溶解穩(wěn)定性，最終確定配方為(g/100 g)∶富硒大米粉50，紅棗粉5，黑芝麻粉0.5，葛根粉5，山藥粉24.5，紅豆粉5，薏米粉5，糙米粉5。